導讀

本期文章將繼續深入了解電流倒灌，分析嵌入式系統中IO口損壞和系統穩定性問題的根本原因。

在上期的工程筆記中，我們了解了電流倒灌并探討了電流倒灌可能導致的一系列問題，包括IO口損壞、系統死機、系統不開機或休眠及喚醒異常。這些問題雖然聽起來頗為技術性，但它們對嵌入式系統的正常運行至關重要。本期，我們將深入分析這些現象背后的原因。

?IO口損壞

IO端口可分為高阻、三態、推挽、開漏等類型，除了功能性區別外，幾乎所有IO口內部都會存在如圖1所示結構的四個二極管。

圖1 IO口內部結構

D1在大多數集成電路中起著防靜電功能，同時輔助起輸入端限幅作用。

D2是半導體集成所產生的寄生二極管，有一定的放電保護功能。

D3用于保護CMOS電路在放電時的干擾，在大多數雙極性器件中也存在此二極管。

D4是晶體管的集電極（雙極性）或漏極（場效應管）的寄生二極管，有放電作用。

這些等效或者原本就存在的二極管為電流倒灌提供了回路。

下面結合圖2來分析電流倒灌破壞IO口的過程。在一個具有上電順序的情況下（或右側器件斷電或者拔插動作），左側的電壓如果足夠大，那么就會通過二極管向右側的VDD充電，也就是去耦電容的充電，這樣就會使二極管急速過載損壞，電容本身也有可能損壞，瞬時的大電流甚至會直接擊毀元件本身，再好的結構也會使得器件邏輯工作不正常。

圖2 電流倒灌過程示意

?系統故障

1. 系統死機、不開機

通常來說，與SOC配套使用的PMU內部的DC-DC自帶漏電檢測功能。在PMU未上電工作時，如檢測到某路DC-DC上存在漏電情況且漏電電壓超過VIL（TYP）值，則那一路DC-DC就不會輸出，因此，系統會因為配套PMU的某路DC-DC沒有電壓輸出而不開機。此時，量測到DC-DC電源網絡上的電壓實為漏電電壓。

2.系統休眠或喚醒異常

若PMU某一DC-DC既給SOC供電又給一些外設供電，而且SOC的GPIO有不少使用了該DC-DC的電源域，外設的供電電源也可能通過GPIO漏電至該DC-DC，如果SOC的芯片進入休眠進程，倒灌現象使得系統休眠喚醒異常。

圖3 外部電源漏電至DC-DC

如圖3所示，SOC芯片進入休眠進程，MCU的I2C/UART/IO先于DCDC1上電，電平通過外設倒灌到DCDC1上，造成休眠異常。

下一期，我們將通過案例分析，探討并采取一系列預防措施，以避免IO電流倒灌問題的發生。